JPWO2019065827A1 - Radial gap type rotating electric machine, method of manufacturing the same, apparatus for manufacturing tooth piece for rotating electric machine, method of manufacturing tooth member for rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
高い効率を実現でき、かつ、生産性に優れたアモルファス金属を使用したラジアルギャップ型回転電機及びその製造方法、回転電機用ティース片の製造装置、回転電機用ティース部材の製造方法を提供する。本発明のラジアルギャップ型回転電機は、回転軸と、回転軸の周りを回転可能な内周側回転子鉄心(31a)及び内周側回転子鉄心の外周側に配置され、回転軸の周りを回転可能な外周側回転子鉄心(31b)を有する回転子(102)と、内周側回転子鉄心(31a)と外周側回転子鉄心(31b)との間に設けられた固定子(101)とを備え、内周側回転子鉄心(31a)の外周側の表面及び外周側回転子鉄心(31b)の内周側の表面の少なくとも一方に永久磁石(22,23)が設けられ、固定子(101)は、アモルファス金属箔帯片が互いの摩擦で保持された積層体からなるティースを含む固定子鉄心を有することを特徴とする。Provided are a radial gap type rotating electric machine using amorphous metal which can realize high efficiency and is excellent in productivity, a method for manufacturing the same, a device for manufacturing tooth pieces for a rotating electric machine, and a method for manufacturing a tooth member for a rotating electric machine. A radial gap type rotating electric machine according to the present invention is arranged on a rotating shaft, an inner rotor core (31a) rotatable around the rotating shaft, and an outer peripheral side of the inner rotor core. A rotor (102) having a rotatable outer rotor core (31b), and a stator (101) provided between the inner rotor core (31a) and the outer rotor core (31b). Permanent magnets (22, 23) are provided on at least one of the outer peripheral surface of the inner rotor core (31a) and the inner peripheral surface of the outer rotor core (31b). (101) is characterized in that the amorphous metal foil strip has a stator core including teeth made of a laminated body held by mutual friction.
Description
本発明は、ラジアルギャップ型回転電機及びその製造方法、回転電機用ティース片の製造装置、回転電機用ティース部材の製造方法に関し、特に鉄心にアモルファス金属を使用したラジアルギャップ型回転電機及びその製造方法、回転電機用ティース片の製造装置、回転電機用ティース部材の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE
産業機械の動力源や自動車駆動用として用いられる回転電機(モータ)は、高効率化が求められる。モータの高効率化は、使用する材料に低損失な物を利用したり、高エネルギー積の永久磁石を用いたりする設計が一般的である。 Higher efficiency is required for rotating electric machines (motors) used as power sources for industrial machines and for driving automobiles. In order to increase the efficiency of the motor, a design is generally used in which a low-loss material is used or a permanent magnet having a high energy product is used.
モータの損失は、主に銅損と鉄損及び機械損からなり、要求仕様の出力特性(回転数とトルク)が決まると、機械損は一意に決まるため、鉄損と銅損を低減する設計が重要となる。銅損は、主にコイルの抵抗値と電流の関係で決まり、冷却によってコイル抵抗値の低減や、磁石の残留磁束密度の低下を抑えるような設計を行う。鉄損は、使用する軟磁性材料によって低減が可能である。一般的なモータでは鉄心部分には電磁鋼板が採用されており、その厚みやSiの含有量などによって損失レベルが異なるものが利用されている。 Motor loss mainly consists of copper loss, iron loss, and mechanical loss. When the required output characteristics (rotational speed and torque) are determined, the mechanical loss is uniquely determined. Therefore, a design that reduces iron loss and copper loss Is important. The copper loss is mainly determined by the relationship between the coil resistance and the current, and the cooling is designed so that the coil resistance and the residual magnetic flux density of the magnet are suppressed. Iron loss can be reduced by the soft magnetic material used. In a general motor, an electromagnetic steel sheet is used for an iron core portion, and a motor having a different loss level depending on its thickness and Si content is used.
軟磁性材料には、電磁鋼板よりも透磁率が高く、鉄損が低い鉄基アモルファス金属や、鉄基ナノ結晶合金等の高機能材料が存在するが、これらの材料系では、その板厚が0.025mmと非常に薄く、また、ビッカース硬度が900程度であり、電磁鋼板の5倍以上に硬い等、モータを効率よく安価に製造する上での課題が多い。 Soft magnetic materials include high-performance materials such as iron-based amorphous metals and iron-based nanocrystalline alloys, which have higher magnetic permeability and lower iron loss than electromagnetic steel sheets. There are many problems in efficiently and inexpensively manufacturing a motor, for example, it is as thin as 0.025 mm, has a Vickers hardness of about 900, and is five times or more harder than an electromagnetic steel sheet.
アモルファス金属をラジアルギャップ型の回転電機に適用した例として、特許文献1がある。特許文献1には、多面体形状を有し且つ複数のアモルファス金属ストリップ層を含む、高効率の電動モータで使用するためのバルクアモルファス金属磁気構成要素が開示されている。特許文献1には、アモルファス金属ストリップ材料を所定の長さを持つ複数の切断ストリップに切断し、これを積み重ねたアモルファス金属ストリップ材料のバーを形成し、アニール処理を施した後、積み重ねたバーをエポキシ樹脂で含浸し、硬化させ、積み重ねたバーを所定の長さに切断し、所定の立体的形状を持つ多面形形状の複数の磁気構成要素を提供する方法が提案されている。
また、特許文献2には、アモルファス薄板材から鉄心片を打抜き積層しアモルファス積層鉄心を製造する方法において、アモルファス薄板材から鉄心片の所要箇所を打抜き形成するとともに連結用穴を形成し、鉄心片をダイ孔に外形抜きし、ダイ孔を下方から臨み進退自在な受け台上に所望の厚さまで積層し、受け台をダイ孔の下方より後退させるとともに該受け台に積層された積層鉄心を把持拘束し、該積層鉄心の連結用穴に接着連結剤を注入充填し連結することを特徴とするアモルファス積層鉄心の製造方法が開示されている。特許文献2では、電磁鋼板でモータのコアをプレス打抜きするのと同様に順送金型によって、所定のモータコア形状を打抜きする例が示されている。この例では、打抜きで形状加工はできるが、アモルファス箔帯が薄すぎるために電磁鋼板で実現されている板間のカシメ締結が出来ないため、治具に積層された状態で接着剤をコアの所定の穴に注入して積層固着する方法が提案されている。 Patent Document 2 discloses a method for manufacturing an amorphous laminated iron core by punching and laminating an iron core piece from an amorphous thin sheet material. In the method, a required portion of the iron core piece is punched from an amorphous thin sheet material and a connection hole is formed. Is punched out of the die hole, and the die hole is stacked from the lower side to a desired thickness on the movable pedestal.The pedestal is retracted from below the die hole and the laminated core laminated on the pedestal is gripped. A method for manufacturing an amorphous laminated iron core, wherein the method is performed by constraining, and injecting and filling an adhesive coupling agent into a coupling hole of the laminated iron core to connect the same. Patent Literature 2 discloses an example in which a predetermined motor core shape is punched by a progressive die in a manner similar to press punching of a motor core from an electromagnetic steel sheet. In this example, shape processing can be performed by punching, but since the amorphous foil strip is too thin, crimping between plates realized by electromagnetic steel sheets cannot be performed. There has been proposed a method of injecting into a predetermined hole and laminating and fixing.
上述した特許文献1及び2に示されるラジアルギャップ型回転電機へのアモルファス金属の適用方法は、その製造に特殊な機械加工を行うための装置や、加工に時間がかかりすぎるなどの課題がある。
The method of applying the amorphous metal to the radial gap type rotating electric machine disclosed in
さらに、特許文献2ではアモルファス金属をプレスして積層しているが、アモルファス金属は厚みが電磁鋼板の1/10以下であるため、10倍のプレス回数が必要となる。また、アモルファス金属は、電磁鋼板の5倍は硬いため金型に与える影響が5倍となる。したがって、電磁鋼板に比べて、金型への影響は50倍以上となり、通常は約200万回毎に金型の再研磨を行いながら製造を行うが、再研磨までの回数が1/50以下となるために大幅に製造コストの上昇を招いてしまう。1分間に180SPM(shot per minutes)のスピードでプレスを行なった場合では、約1ヶ月で200万回を迎えるが、同一速度でプレスを行った場合には、生産タクトは枚数の関係から10倍かかり、金型の再研磨は、1日たたないで研磨しなければならないことになる。加えて大型の金型のダイ、パンチの研磨には、プレス装置からの金型積み降ろしなどの手間も含めて多くの工数がかかるため、この条件での生産は現実的でない事がわかる。 Further, in Patent Literature 2, the amorphous metal is pressed and laminated. However, since the thickness of the amorphous metal is 1/10 or less of the electromagnetic steel sheet, the number of times of pressing is required ten times. In addition, since the amorphous metal is five times harder than the electromagnetic steel sheet, the effect on the mold is five times as large. Therefore, compared to the magnetic steel sheet, the influence on the mold is 50 times or more. Usually, the production is performed while re-polishing the mold about every 2 million times, but the number of times until the re-polishing is 1/50 or less. Therefore, the manufacturing cost is greatly increased. In the case of pressing at a speed of 180 SPM (shot per minute) per minute, it takes about 2 million times in about one month. However, when the pressing is performed at the same speed, the production tact is 10 times due to the number of sheets. Thus, re-polishing of the mold requires polishing within one day. In addition, polishing large-diameter dies and punches requires a lot of man-hours, including labor for loading and unloading dies from a press device, so it can be seen that production under these conditions is not realistic.
以上述べた通り、アモルファス金属を用いたラジアルギャップ型のモータの製造について、実用レベルで製造できる構造とその製造装置及び製造方法が見出されていないのが実情であった。 As described above, regarding the manufacture of a radial gap type motor using an amorphous metal, a structure that can be manufactured at a practical level, a manufacturing apparatus and a manufacturing method thereof have not been found.
本発明は、上記事情に鑑み、高い効率を実現でき、かつ、生産性に優れたアモルファス金属を使用したラジアルギャップ型回転電機及びその製造方法、回転電機用ティース片の製造装置、回転電機用ティース部材の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, the present invention is directed to a radial gap type rotating electric machine using an amorphous metal which can realize high efficiency and is excellent in productivity, a method of manufacturing the same, a device for manufacturing teeth pieces for a rotating electric machine, a tooth for a rotating electric machine An object is to provide a method for manufacturing a member.
本発明は、上記課題を解決するため、回転軸と、回転軸の周りを回転可能な内周側回転子鉄心及び内周側回転子鉄心の外周側に配置され、回転軸の周りを回転可能な外周側回転子鉄心を有する回転子と、内周側回転子鉄心と外周側回転子鉄心との間に設けられた固定子とを備え、内周側回転子鉄心の外周側の表面及び外周側回転子鉄心の内周側の表面の少なくとも一方に永久磁石が設けられ、上記固定子は、アモルファス金属箔帯片が互いの摩擦で保持された積層体からなるティースを含む固定子鉄心を有することを特徴とするラジアルギャップ型回転電機を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention is arranged on a rotating shaft, an inner rotor core rotatable around the rotating shaft and an outer peripheral side of the inner rotor core, and rotatable around the rotating shaft. And a stator provided between the inner rotor core and the outer rotor core. The outer peripheral surface and outer periphery of the inner rotor core are provided. A permanent magnet is provided on at least one of the inner peripheral surfaces of the side rotor cores, and the stator has a stator core including teeth made of a laminate in which amorphous metal foil strips are held by mutual friction. A radial gap type rotating electric machine is provided.
また、本発明は、上記課題を解決するため、アモルファス金属箔帯の素材シートを台形形状にせん断する切断ステーションを備えた回転電機用ティース片の製造装置を提供する。上記切断ステーションは、アモルファス金属箔帯の素材シートに対して垂直な方向及びアモルファス金属箔帯の素材シートの幅方向に対して互いに異なる角度で往復可能なせん断刃を有し、このせん断刃によって異なる角度の脚部を切断し、台形形状のアモルファス金属箔帯片を作製する。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an apparatus for manufacturing a tooth piece for a rotating electrical machine, comprising a cutting station for shearing a material sheet of an amorphous metal foil strip into a trapezoidal shape. The cutting station has a shear blade that can reciprocate at different angles from each other with respect to a direction perpendicular to the material sheet of the amorphous metal foil strip and a width direction of the material sheet of the amorphous metal foil strip, and differs depending on the shear blade. The angled legs are cut to produce trapezoidal shaped amorphous metal foil strips.
また、本発明は、上記課題を解決するため、アモルファス金属箔帯の素材シートに対して垂直な方向及びアモルファス金属箔帯の素材シートの幅方向に対して互いに異なる角度で往復可能なせん断刃によって異なる角度の脚部を切断し、台形形状のアモルファス金属箔帯片を作製する切断工程と、台形形状のアモルファス金属箔帯片を積層してティースを作製する積層工程と、ティースをボビンに挿入し、コイル導体を巻回してティース部材を作製する挿入保持工程とを有することを特徴とする回転電機用ティース部材の製造方法を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a shearing blade capable of reciprocating at different angles to a direction perpendicular to the material sheet of the amorphous metal foil strip and a width direction of the material sheet of the amorphous metal foil strip. Cutting the legs at different angles to produce trapezoidal amorphous metal foil strips, laminating trapezoidal amorphous metal foil strips to produce teeth, inserting the teeth into bobbins And a step of inserting and holding a coil member around the coil conductor to produce a tooth member.
また、本発明は、上記課題を解決するため、回転軸と、回転軸の周りを回転可能な内周側回転子鉄心及び内周側回転子鉄心の外周側に配置され、回転軸の周りを回転可能な外周側回転子鉄心を有する回転子と、内周側回転子鉄心と外周側回転子鉄心との間に設けられた固定子とを備え、内周側回転子鉄心の外周側の表面及び外周側回転子鉄心の内周側の表面の少なくとも一方に永久磁石が設けられ、固定子は、アモルファス金属箔帯片が互いの摩擦で保持された積層体からなるティースを含む固定子鉄心を有するラジアルギャップ型回転電機の製造方法において、固定子を、上記ティース部材を用いて製造することを特徴とするラジアルギャップ型回転電機の製造方法を提供する。 Further, in order to solve the above problem, the present invention is arranged on a rotating shaft, an inner rotor core that is rotatable around the rotating shaft, and an outer peripheral side of the inner rotor core, and is arranged around the rotating shaft. A rotor having a rotatable outer rotor core, a stator provided between the inner rotor core and the outer rotor core, and an outer surface of the inner rotor core. Permanent magnets are provided on at least one of the inner peripheral surface of the outer rotor core and the stator, and the stator includes a stator core including a tooth formed of a laminate in which amorphous metal foil strips are held by mutual friction. A method for manufacturing a radial gap type rotating electric machine, comprising: manufacturing a stator using the above-mentioned teeth member.
本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。 More specific configurations of the present invention are described in the claims.
本発明によれば、高い効率を実現でき、かつ、生産性に優れたアモルファス金属を使用したラジアルギャップ型回転電機及びその製造方法、回転電機用ティース片の製造装置、回転電機用ティース部材の製造方法を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, a radial gap type rotating electric machine using amorphous metal which can realize high efficiency and is excellent in productivity, a method for manufacturing the same, a device for manufacturing teeth pieces for a rotating electric machine, manufacturing teeth members for a rotating electric machine A method can be provided.
上述した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be apparent from the following description of the embodiments.
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and the like.
本発明のラジアルギャップ型回転電機の説明に先立ち、従来のラジアルギャップ型回転電機の構成について説明する。図12Aは従来のラジアルギャップ型モータ(インナーロータ型)の構造を示す模式図であり、図12Bは図12Aの横断面図である。図12A及び図12Bに示すように、ラジアルギャップ型モータ200は一般的な円筒形状を有している。外側部分に放熱フィンが設けられたハウジング10の軸方向中心部に、固定子鉄心(固定子コア)11が配置される。
Prior to the description of the radial gap type rotary electric machine of the present invention, a configuration of a conventional radial gap type rotary electric machine will be described. FIG. 12A is a schematic diagram showing the structure of a conventional radial gap type motor (inner rotor type), and FIG. 12B is a cross-sectional view of FIG. 12A. As shown in FIGS. 12A and 12B, the
固定子鉄心11のスロット部分には、ティース部分に巻き線された固定子コイル12が実装され、その固定子の内側には永久磁石13及び回転子鉄心(磁性体コア)14を備えた回転子が、ベアリング18を介して回転可能に保持されている。ベアリング18は、ハウジングの軸方向両端に設けられたエンドブラケット19で保持され、回転子の軸方向、および、重力方向の保持を行っている。回転子の中心には、回転軸(シャフト)17が取り付けられており、フロント側のエンドブラケット19の穴を貫通して、出力軸が構成されている。
A
図12Bに示すように、シャフト17の周囲には回転子鉄心14が配置され、その表面には永久磁石13が配置されている。図12Bは8極構造を図示しており、N極磁石13(N)とS極磁石13(S)が交互に配置される構造となっている。
As shown in FIG. 12B, a
固定子鉄心は軟磁性材料からなり、一般的には、電磁鋼板が利用され、プレス金型によって打ち抜き、積層されて構成される。アモルファス金属は、電磁鋼板よりも損失が大幅に小さく、モータの高効率化に寄与できる材料であるが、上述したように硬度が非常に高いため、図示のようなスロット型のモータコアをプレスで打ち抜いて積層することが困難である。このため、図12A及び図12Bに示す構造を有する回転電機にアモルファス金属を適用することは困難である。 The stator core is made of a soft magnetic material. Generally, an electromagnetic steel plate is used, and is punched out by a press die and laminated. Amorphous metal is a material whose loss is much smaller than that of electrical steel sheets and can contribute to higher motor efficiency.However, since the hardness is extremely high as described above, a slot-type motor core as shown in the figure is stamped out with a press. It is difficult to stack. For this reason, it is difficult to apply an amorphous metal to the rotating electric machine having the structure shown in FIGS. 12A and 12B.
図13Aは従来のラジアルギャップ型モータ(アウターロータ型)の構造を示す模式図であり、図13Bは図13Aの横断面図である。図13A及び図13Bに示すように、回転電機300は、ハウジング兼ベアリングホルダー10の外側に、固定子鉄心11が圧入、又は焼嵌め等によって設けられている。ハウジングには、2つのベアリング18が保持され、回転子鉄心と結合されたシャフトが回転可能に保持されている。固定子鉄心11には巻き線12が施され、固定子が電磁石となるように構成される。回転子は、カップ状のコアの内側に永久磁石13が配置されている。図13A及び13Bには、8極構造を図示しており、N極磁石13(N)とS極磁石13(S)が交互に配置される構造となっている。
FIG. 13A is a schematic view showing the structure of a conventional radial gap type motor (outer rotor type), and FIG. 13B is a cross-sectional view of FIG. 13A. As shown in FIGS. 13A and 13B, in the rotating
固定子鉄心は軟磁性材料からなり、一般的には、電磁鋼板が利用され、プレス金型によって打ち抜き、積層されて構成される。アモルファス金属は、電磁鋼板よりも損失が大幅に小さく、モータの高効率化に寄与できる材料であるが、上述したように硬度が非常に高いため、図示のようなスロット型のモータコアをプレスで打ち抜いて積層することが困難である。このため、図13A及び図13Bに示す構造を有する回転電機にアモルファス金属を適用することは困難である。 The stator core is made of a soft magnetic material. Generally, an electromagnetic steel plate is used, and is punched out by a press die and laminated. Amorphous metal is a material whose loss is much smaller than that of electrical steel sheets and can contribute to higher motor efficiency.However, since the hardness is extremely high as described above, a slot-type motor core as shown in the figure is stamped out with a press. It is difficult to stack. For this reason, it is difficult to apply an amorphous metal to a rotating electric machine having the structure shown in FIGS. 13A and 13B.
[ラジアルギャップ型回転電機]
続いて、本発明のラジアルギャップ型回転電機について説明する。本発明のラジアルギャップ型回転電機は、アモルファス金属を適用可能な構成を有するものである。図1Aは本発明のラジアルギャップ型回転電機の第一の例を示す斜視図であり、図1Bは図1Aの縦断面図である。図1A及び図1Bに示すように、ラジアルギャップ型回転電機100は、一端に開口部を有するカップ形状の固定子101と、この固定子101の開口部を覆うカップ形状の回転子102とを有する。[Radial gap type rotating electric machine]
Subsequently, the radial gap type rotating electric machine of the present invention will be described. The radial gap type rotating electric machine according to the present invention has a configuration to which an amorphous metal can be applied. FIG. 1A is a perspective view showing a first example of the radial gap type rotating electric machine of the present invention, and FIG. 1B is a longitudinal sectional view of FIG. 1A. As shown in FIGS. 1A and 1B, the radial gap type rotating
回転軸(シャフト)37は、ベアリング38によって回転可能に保持されている。回転子102は、固定子101に対して間隙(ギャップ)を有しつつ、回転軸37の周りを回転可能な構成を有する。以下に、固定子101及び回転子102の構成について詳述する。
The rotating shaft (shaft) 37 is rotatably held by a
図2Aは図1Aの固定子101を示す斜視図であり、図2Bは図2Aの縦断面図である。図2A及び図2Bに示すように、固定子101は、図1Bに示すベアリング38を保持するベアリング保持部26と、円環形状の固定子鉄心25と、固定子鉄心25を保持する固定子ベース20とを有する。図2Bに示すように、ベアリング保持部26は、ベアリング保持板27によって固定子の筐体である固定子ベース20に固定されている。固定子鉄心25は、アモルファス金属箔帯から形成された台形形状のアモルファス金属箔帯片の積層体からなるティース1を有する。なお、固定子鉄心25の下端部が、固定子の筐体(固定子ベース20)と樹脂によって一体化されている構成としている。
FIG. 2A is a perspective view showing the
図3Aは図2Aの固定子鉄心25をより詳細に示す斜視図であり、図3Bは図3Aのティース部材50を拡大する模式図である。図3Aに示すように、固定子鉄心25は、ティース部材50が円環状に複数個(図3Aでは48個)配列され、樹脂モールドによって固定されたものである。固定子鉄心25は、図2A及び2Bに示す固定子ベース20に樹脂モールドによって固定される。なお、固定子ベース20が樹脂モールドと一体化されていても良い。
FIG. 3A is a perspective view showing the
図3Bに示すように、ティース部材50は、台形形状のアモルファス金属箔帯片を複数枚積み重ねた積層体からなるティース1と、ティース1を保持する樹脂製のボビン3と、樹脂製のボビン(樹脂ボビン)3に巻回されたコイル導体4とを有する。つまり、図3A及び図3Bに示されるように、複数配置された樹脂製のボビン3の間にコイル導体4が保持されている構造となる。図3Bでは、コイル導体4は、集中巻で8回巻としているが、分布巻や、細線の多数巻でもよい。樹脂ボビン3の表面に突起301等を設けることよって、隣接するティース部材50同士の位置決めを行うことができるようにしてもよい。このような構成とすることで、各ティース部材50の周方向の位置精度を高くすることができる。
As shown in FIG. 3B, the
図4Aはティース1の上面を模式的に示す図である。また、図4B及び図4Cはティース1及び樹脂製のボビン3を模式的に示す斜視図である。図4A〜図4Cに示すように、ティース1は、アモルファス金属箔帯片を複数枚積層した積層体が樹脂ボビン3に挿入され、積層体の積み厚方向の摩擦で保持されている構成を有する。つまり、金属箔帯にアモルファスを用い、それを1枚1枚積層することにより生じる金属箔帯片の積層表面間の摩擦により、各金属箔帯片間がずれ難くなり、特別に接着剤などを用いずとも、保持できる。よって、複数枚のアモルファス金属箔帯片がばらばらとならないように構成される。例えば、厚さ0.025mmのアモルファス金属箔帯片を回転軸方向に1200枚積層し、高さh≒30mmとした積層体をティース1として使用することができる。
FIG. 4A is a diagram schematically illustrating the upper surface of the
図4Aに示すように、ティース1を構成するアモルファス金属箔帯片は、一対の底辺(長辺1aと短辺1b)が平行で、長辺と短辺との間の一対の辺(脚部1c)がなす角度θは、固定子鉄心の一周360°を固定子鉄心のスロット数で除した角度を有する。例えば、スロット数を48とすると、θ=360°÷48=7.5°となる。
As shown in FIG. 4A, the amorphous metal foil strip constituting the
図4Cに示すように、アモルファス金属箔帯片の先端が樹脂ボビンからはみ出る構成を有していてもよい。このように構成することで、はみ出した部分が樹脂モールドで覆われ、積層体を構成するアモルファス金属箔帯片を確実に固定することができる。 As shown in FIG. 4C, the tip of the amorphous metal foil strip may have a configuration protruding from the resin bobbin. With this configuration, the protruding portion is covered with the resin mold, and the amorphous metal foil strip forming the laminate can be securely fixed.
アモルファス金属の材料に特に限定は無いが、例えば日立金属株式会社製のMetglas 2605HB1M(組成:Fe−Si−B)、Metglas 2605SA1(組成:Fe−Si−B)、Metglas 2605S3A(組成:Fe−Si−B−Cr)及びMetglas 2705M(組成:Co−Fe−Ni−Si−B−Mo)を用いることが好ましい。上述した「Metglas」は、日立金属株式会社のグループ会社であるMetglas Incorporatedの登録商標である。 There is no particular limitation on the material of the amorphous metal. -B-Cr) and Metglas 2705M (composition: Co-Fe-Ni-Si-B-Mo) are preferably used. “Metglas” described above is a registered trademark of Metglas Incorporated, a group company of Hitachi Metals, Ltd.
図5A及び図5Bは本発明のラジアルギャップ型回転電機を構成する回転子102を示す斜視図であり、図5Cは図5Aの縦断面図である。図5Aはカップ形状を有する回転子鉄心31の内側を見た図面であり、図5Bはカップ形状を有する回転子鉄心31の外側を見た図面である。
5A and 5B are perspective views showing a
図5Aに示すように、回転子鉄心31は、内周側の回転子鉄心31aと、外周側の回転子鉄心31bを有する。内周側の回転子鉄心31aと外周側の回転子鉄心31bは、両者の間にギャップを有し、それぞれ回転軸37の周りを回転可能な構成を有している。このような構成を有する回転電機は、「デュアルギャップ型」とも称される。
As shown in FIG. 5A, the
カップ形状を有する回転子102の内側には、内周側の回転子鉄心31aを保持するためのリング状保持部材32が設けられている。このリング状保持部材32に、内周側の回転子鉄心31aに設けられる軟磁性体21及び永久磁石(回転子磁石)22が実装されている。また、その外側には外周側の回転子鉄心31bに設けられる軟磁性体24及び永久磁石(回転子磁石)23が実装されている。さらに、カップ状の回転子102の中央部には回転軸37を配置する構造となっている。それぞれの部材は、ネジ等を用いた締結、接着、溶接や、部分によっては圧入や焼嵌め等の方法でも固定が可能である。また、回転子102に配置される軟磁性体21,24は、電磁鋼板等の積層体でも良いが、直流界磁源の継鉄であるため、シャフト等の鉄塊でも良い。
Inside the
図6は本発明のラジアルギャップ型回転電機の第一の例を示す上面図である。上述した固定子101及び回転子102を組み合わせて図8の構成を形成する。回転子102の永久磁石22の外側は、固定子101との間にギャップG1を有しながら回転可能な構成を有している。また、回転子102の永久磁石23の内側は、固定子101との間にギャップG2を有しながら回転可能な構成を有している。
FIG. 6 is a top view showing a first example of the radial gap type rotating electric machine of the present invention. The configuration of FIG. 8 is formed by combining the
従来、2ロータ型アキシャルギャップモータにアモルファス金属を適用する技術はあるが、この2ロータ型アキシャルギャップモータは、軸方向にギャップが対向する構造であるため、片側ロータを組み立てる場合に非常に大きな軸方向吸着力が発生する。2枚目のロータを組み立てた後には、吸着力はバランスするが、ギャップ寸法の誤差などによって、片側に吸着力が残るケースが発生する。また、ギャップを同等に管理しながら組立することも難しい構造となっている。また、回転子の径が大きくなり、その回転子に実装された磁石の遠心力に対する保持も難しい構造となる。 Conventionally, there is a technology for applying amorphous metal to a two-rotor axial gap motor. However, since the two-rotor axial gap motor has a structure in which gaps are opposed in the axial direction, a very large shaft is required when assembling a one-side rotor. A direction suction force is generated. After assembling the second rotor, the suction force is balanced, but there is a case where the suction force remains on one side due to an error in the gap dimension or the like. Also, it is difficult to assemble while managing the gap equally. Further, the diameter of the rotor becomes large, and it becomes difficult to hold the magnet mounted on the rotor against centrifugal force.
図6に示す本発明のラジアルギャップ型回転電機では、永久磁石22,23は、あらかじめ回転子として構成されているため、組立時には、固定子の内側と外側ギャップG1、G2が同時に組立てられるので、上述したアキシャルギャップ型モータの場合に課題となっている吸着力を気にせず組立することができる。
In the radial gap type rotating electric machine of the present invention shown in FIG. 6, since the
図7は本発明のラジアルギャップ型回転電機の第二の例を示す上面図である。図7は、インナーロータ型の構造を示している。すなわち、図6の外周側の回転子に永久磁石を設けないことで、インナーロータ型の構造となる。外周側回転子鉄心(外周側ロータ)を内周側回転子鉄心(内周側ロータ)と独立させ、外周側ロータとティースのギャップを無くして外周側回転子鉄心と固定子鉄心を一体とすることで、外周側回転子鉄心と固定子鉄心の一体化部材に対して内周側回転子鉄心(内周側ロータ)が回転するインナーロータモータを構成できる。 FIG. 7 is a top view showing a second example of the radial gap type rotating electric machine of the present invention. FIG. 7 shows an inner rotor type structure. That is, the inner rotor type structure is obtained by not providing the permanent magnet on the outer rotor of FIG. The outer rotor core (outer rotor) is made independent of the inner rotor core (inner rotor) to eliminate the gap between the outer rotor and the teeth so that the outer rotor core and stator core are integrated. Thus, an inner rotor motor in which the inner rotor core (the inner rotor) rotates with respect to the integrated member of the outer rotor core and the stator core can be configured.
図8は本発明のラジアルギャップ型回転電機の第三の例を示す上面図である。図8は、図7とは逆に、図6の内周側の回転子に永久磁石を設けないことで、アウターロータ型の構造となる。内周側回転子鉄心(内周側ロータ)を外周側回転子鉄心(外周側ロータ)と独立させ、内周側ロータとティースのギャップを無くして内周側回転子鉄心と固定子鉄心を一体とすることで、内周側回転子鉄心と固定子鉄心の一体化部材に対して外周側回転子鉄心(外周側ロータ)が回転するアウターロータモータを構成できる。 FIG. 8 is a top view showing a third example of the radial gap type rotating electric machine according to the present invention. FIG. 8 shows an outer rotor type structure in which no permanent magnet is provided on the inner rotor of FIG. 6, contrary to FIG. 7. The inner rotor core (inner rotor) is made independent of the outer rotor core (outer rotor), eliminating the gap between the inner rotor and the teeth and integrating the inner rotor core and stator core. Accordingly, an outer rotor motor in which the outer rotor core (the outer rotor) rotates with respect to the integrated member of the inner rotor core and the stator core can be configured.
図9は本発明のラジアルギャップ型回転電機の第四の例を示す上面図である。図9は、IPM(Interior Permanent Magnet Motor)構造である。これまでに説明した例では、永久磁石は回転子の表面に設けられていたが、電磁鋼板の内部に直方体の永久磁石(埋め込み磁石60)を埋め込み磁石保持部材61に挿入配置する埋め込み磁石型モータとすることもできる。埋め込み磁石60は単体でも良いし、複数個に分割して設けてもよい。また、ここではインナーロータ型を対象に図示したが、アウターロータ型の埋め込み磁石型モータも構成することが可能であり、2つの回転子とも埋め込み磁石型という構造も実施可能である。
FIG. 9 is a top view showing a fourth example of the radial gap type rotating electric machine according to the present invention. FIG. 9 shows an IPM (Interior Permanent Magnet Motor) structure. In the example described so far, the permanent magnet is provided on the surface of the rotor. However, an embedded magnet type motor in which a rectangular parallelepiped permanent magnet (embedded magnet 60) is inserted and arranged in the embedded
[回転電機用ティースの製造装置及び製造方法]
次に、上述した台形形状のアモルファス金属箔帯片の積層体を効率的に製造できる装置及び方法について説明する。図10Aは帯状のアモルファス金属の素材シート(アモルファス素材フォープ)を切断する装置の一例を模式的に示す斜視図であり、図10Bは図10Aの上面図である。図10Aに示すように、切断装置120は、アモルファス金属箔帯の素材シート121を送り出す送りローラ122と、アモルファス金属箔帯の素材シート121を切断する切断ステージ123と、アモルファス金属箔帯の素材シート121を台形形状に切断する切断刃(上刃124a及び下刃124b)と、上刃124aを支持する上プレート125と、切断ステージ123を支持するベースプレート126を有する。[Device and method for manufacturing teeth for rotating electric machine]
Next, an apparatus and a method for efficiently manufacturing a laminate of the above-described trapezoidal amorphous metal foil strip will be described. FIG. 10A is a perspective view schematically showing an example of an apparatus for cutting a strip-shaped amorphous metal material sheet (amorphous material foop), and FIG. 10B is a top view of FIG. 10A. As shown in FIG. 10A, a
アモルファス金属箔帯の素材シート121は、送りローラ122によって等ピッチで切断ステージ123に供給される。切断ステージ123に送り出されたアモルファス金属箔帯の素材シートは、上刃124a及び下刃124bによって脚部がせん断切断され、アモルファス金属箔帯片となってベースプレート126の上に順次連続的に積層されて積層体1を製造する。このような方式によると、切断刃は単純な形状であるので、金型への取り付け取り外しが容易な上、安価で再研磨等のメンテナンスもしやすい。このため、アモルファス金属の硬さや薄さによる製造上の不利益に対して充分に製造コストを抑えて効率的に生産することができる。
The
しかし、一組の切断刃で一様に切断すると、平行四辺形のアモルファス金属箔帯片が出来てしまう。そこで、本発明の製造装置と方法では、図10Bの実線と点線に示すように、それぞれ角度の異なる上刃124a及び下刃124bの一対の切断刃を2組(一方の脚部を切断する刃と他方の脚部を切断する刃)を用意し、上下の切断刃を同期させて1組ごと交互に使用する。図10Aの矢印A方向(アモルファス金属箔帯の素材シートに対して垂直な方向)と、図10Bの矢印B方向(アモルファス金属箔帯の素材シートの幅方向)に移動することで、角度をつけながらの連続的な切断が可能となる。よって、一対の脚部がなす角度がθとなるように切断するだけで台形形状のアモルファス金属箔片を連続的に形成できる。
However, if a uniform cutting is performed with a set of cutting blades, a parallelogram-shaped amorphous metal foil strip is formed. Therefore, in the manufacturing apparatus and method of the present invention, as shown by a solid line and a dotted line in FIG. 10B, two sets of a pair of cutting blades of an
図11はアモルファス金属箔帯の素材シート121を模式的に示す上面図である。上述した製造装置によれば、図11の点線に示す脚部1cを切断するだけで、アモルファス金属箔帯の素材シート121を台形形状に形成し、1枚1枚のアモルファス金属箔帯片とすることができることを示している。
FIG. 11 is a top view schematically showing the
また、機械式のカム等を用いて切断ステージ123を動かして角度を付けてアモルファス箔帯を切断することも可能である。さらに、アモルファス金属箔帯を送りローラ122で間欠送りして、間欠送り動作と同期して電動スライドによって上刃124a及び下刃124bを動作させる方法でも充分な生産スピードが期待できる。切断のスピードは、200SPM程度は期待でき、さらに複数枚重ねたアモルファス箔帯の素材シート121を供給することによって、商業的に効果が期待できる製造スピードで生産を行う事ができる。
It is also possible to cut the amorphous foil strip at an angle by moving the cutting
ベースプレート126に積層された積層体1は、積層体1を構成するアモルファス金属箔帯片の枚数管理か、又は重量管理等の方法によって所定の軸方向長(高さ)となるように管理し、整列した後、樹脂製のボビンに挿入することでティースブロックを完成することができる。
The
以上、説明したように、本発明によれば、高い効率を実現でき、かつ、生産性に優れたアモルファス金属を使用したラジアルギャップ型回転電機、その製造方法、回転電機用ティース片の製造装置、回転電機用ティース部材の製造方法を提供できることが実証された。 As described above, according to the present invention, a radial gap-type rotating electric machine using amorphous metal that can achieve high efficiency and is excellent in productivity, a method of manufacturing the same, a device for manufacturing teeth pieces for the rotating electric machine, It has been demonstrated that a method for manufacturing a tooth member for a rotating electric machine can be provided.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above. In addition, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment. Further, for a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, or replace another configuration.
10…ハウジング、11…固定子鉄心、12…固定子コイル、13…永久磁石、14…回転子鉄心、15…筐体、17,37…シャフト、18…ベアリング、19…エンドブラケット、100…ラジアルギャップ型回転電機、101…固定子、102…回転子、1…ティース(アモルファス金属箔帯片の積層体)、3…樹脂製ボビン、4…コイル導体、20…固定子ベース、21,24…軟磁性体、22,23…永久磁石、25…固定子鉄心、26…ベアリング保持部、27…ベアリング保持板、31…回転子鉄心、31a…内周側回転子鉄心、31b…外周側回転子鉄心、32…リング状保持部材、37…回転軸(シャフト)、38…ベアリング、50…ティース部材、60…埋め込み磁石、61…埋め込み磁石保持部材、120…切断装置、121…アモルファス金属箔帯の素材シート、122…送りローラ、123…切断ステージ、124a…上刃、124b…下刃、125…上プレート、126…ベースプレート、130…アモルファス金属箔帯、301…突起。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記回転軸の周りを回転可能な内周側回転子鉄心及び前記内周側回転子鉄心の外周側に配置され、前記回転軸の周りを回転可能な外周側回転子鉄心を有する回転子と、
前記内周側回転子鉄心と前記外周側回転子鉄心との間に設けられた固定子とを備え、
前記内周側回転子鉄心の外周側の表面及び前記外周側回転子鉄心の内周側の表面の少なくとも一方に永久磁石が設けられ、
前記固定子は、アモルファス金属箔帯片が互いの摩擦で保持された積層体からなるティースを含む固定子鉄心を有することを特徴とするラジアルギャップ型回転電機。A rotation axis,
A rotor having an outer rotor core that is arranged on the outer periphery of the inner rotor core and the inner rotor core that can rotate around the rotation axis and that can rotate around the rotation shaft;
A stator provided between the inner rotor core and the outer rotor core,
A permanent magnet is provided on at least one of the outer peripheral surface of the inner rotor core and the inner peripheral surface of the outer rotor core,
The radial gap type rotating electric machine, wherein the stator has a stator core including teeth made of a laminate in which amorphous metal foil strips are held by mutual friction.
複数の前記ティース部材が円環状に配置され、樹脂によってモールドされたものであることを特徴とする請求項1に記載のラジアルギャップ型回転電機。The stator core, the teeth made of a laminate in which an amorphous metal foil strip having a trapezoidal shape in a plan view is laminated in the axial direction of the rotation axis, a resin bobbin holding the laminate, Outside the bobbin, having a tooth member having a coil conductor wound along the stacking direction of the stacked body,
2. The radial gap type rotating electric machine according to claim 1, wherein the plurality of teeth members are arranged in an annular shape and are molded with a resin. 3.
前記内周側回転子鉄心と前記固定子鉄心とが一体化されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のラジアルギャップ型回転電機。A permanent magnet is provided on the inner surface of the outer rotor core,
The radial gap type rotating electric machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the inner peripheral rotor core and the stator core are integrated.
前記外周側回転子鉄心と前記固定子鉄心とが一体化されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のラジアルギャップ型回転電機。A permanent magnet is provided on the outer peripheral surface of the inner peripheral rotor core,
The radial gap type rotating electric machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the outer rotor core and the stator core are integrated.
前記切断ステーションは、前記アモルファス金属箔帯の素材シートに対して垂直な方向及び前記アモルファス金属箔帯の素材シートの幅方向に対して互いに異なる角度で往復可能なせん断刃を有し、前記せん断刃によって異なる角度の脚部を切断し、台形形状のアモルファス金属箔帯片を作製することを特徴とする回転電機用ティース片の製造装置。Equipped with a cutting station that shears the material sheet of the amorphous metal foil strip into a trapezoidal shape,
The cutting station has a shearing blade that can reciprocate at different angles to a direction perpendicular to the material sheet of the amorphous metal foil strip and a width direction of the material sheet of the amorphous metal foil strip, An apparatus for manufacturing a tooth piece for a rotating electrical machine, characterized in that legs of different angles are cut by the method to produce a trapezoidal-shaped amorphous metal foil strip.
前記台形形状のアモルファス金属箔帯片を積層してティースを作製する積層工程と、
前記ティースをボビンに挿入し、コイル導体を巻回してティース部材を作製する挿入保持工程とを有することを特徴とする回転電機用ティース部材の製造方法。Cut the legs at different angles by a shearing blade that can reciprocate at different angles to the direction perpendicular to the material sheet of the amorphous metal foil strip and to the width direction of the material sheet of the amorphous metal foil strip, to form a trapezoidal shape. A cutting step for producing an amorphous metal foil strip,
A laminating step of laminating the trapezoidal shaped amorphous metal foil strips to produce teeth,
Inserting the teeth into a bobbin and winding a coil conductor to produce the teeth member.
前記回転軸の周りを回転可能な内周側回転子鉄心及び前記内周側回転子鉄心の外周側に配置され、前記回転軸の周りを回転可能な外周側回転子鉄心を有する回転子と、
前記内周側回転子鉄心と前記外周側回転子鉄心との間に設けられた固定子とを備え、
前記内周側回転子鉄心の外周側の表面及び前記外周側回転子鉄心の内周側の表面の少なくとも一方に永久磁石が設けられ、
前記固定子は、アモルファス金属箔帯片が互いの摩擦で保持された積層体からなるティースを含む固定子鉄心を有するラジアルギャップ型回転電機の製造方法において、
前記固定子を、請求項10に記載の前記ティース部材を用いて製造することを特徴とするラジアルギャップ型回転電機の製造方法。A rotation axis,
A rotor having an outer rotor core that is arranged on the outer periphery of the inner rotor core and the inner rotor core that can rotate around the rotation axis and that can rotate around the rotation shaft;
A stator provided between the inner rotor core and the outer rotor core,
A permanent magnet is provided on at least one of the outer peripheral surface of the inner rotor core and the inner peripheral surface of the outer rotor core,
In the method of manufacturing a radial gap type rotating electric machine, the stator has a stator core including teeth formed of a laminate in which amorphous metal foil strips are held by friction with each other,
A method for manufacturing a radial gap type rotating electric machine, wherein the stator is manufactured using the teeth member according to claim 10.
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